CAN總線在汽車領域的應用

摘要 CAN總線技術因具備獨特的設計、較高的可靠性及特性，適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連。眾多知名品牌汽車也已采用CAN總線技術。文中分析了CAN總線的發(fā)展和汽車CAN總線技術的特征，對CAN總線在汽車領域的應用進行了深入的探討。
關鍵詞 CAN總線；汽車電子；智能系統(tǒng)

CAN總線是國際上應用較為廣泛的現(xiàn)場總線之一，可實現(xiàn)對車輛本身的控制。對于汽車工業(yè)而言，它的實時性、靈活性、可靠性以及低成本，有著較大的市場空間。如發(fā)動機管理系統(tǒng)、變速箱控制器、儀表裝備、電子主干系統(tǒng)中，均嵌入CAN總線控制裝置。

1 CAN總線的發(fā)展
在當前的汽車產業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低公害、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數據類型及對可靠性要求不盡相同，且因多條總線構成的情況復雜、線束數量增加。原以為適應“減少線束的數量”、“通過多個LAN，進行大量數據的高速通信”的需要，1986年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN通信協(xié)議。此后，CAN通過IS011898及IS0 11519進行了標準化，在歐洲已是汽車網絡的標準協(xié)議，CAN的高性能和可靠性已被認同，并被廣泛地應用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設備、工業(yè)設備等方面。

2 汽車CAN總線技術的特征
(1)設計目標。
對于汽車CAN總線傳輸而言，必須要保證以下幾方面：信號的邏輯“0”要與信號的邏輯“1”進行明顯的區(qū)分；具備利用信息內容解決總線訪問堵塞的能力；具備最優(yōu)化的傳輸速率；節(jié)點自動故障診斷和節(jié)點快速成功訪問總線的能力；汽車CAN總線能夠隨著數據傳輸率的增加具備一定的可擴充性等。
(2)數字信號的編碼。
正確編碼數字信號對于確保信息可靠性傳輸，具有重要作用。汽車局域網數據信號基本采用兩種方式：不歸零制(NRZ)和脈寬調制PWM)。采用不歸零制進行信息傳輸，一般用于傳輸速率較高的場合，速率上限為1 Mb·s-1；而采用脈寬調制作為編碼方案時，一般用于傳輸速率較低的場合，速率上限為3 x 105kb·s-1。
(3)網絡拓撲結構。
汽車CAN總線具有以下優(yōu)點：總線結構簡單、可靠性高、電纜短、無源元件、布線容易、易于擴充。如果需要增加CAN總線長度，可利用中繼器加入一個附加段。如需增加新節(jié)點，只需在汽車CAN總線的某點將其接入。CAN能夠使用多種物理介質，例如雙絞線、光纖等。最常用的就是雙絞線。信號使用差分電壓傳送，兩條信號線被稱為“CAN_H”和“CAN_L”，靜態(tài)時均約為2．5 V，此時狀態(tài)表示為邏輯“1”，也可稱為“隱性”。用CAN_H比CAN_L高表示邏輯“0”，稱為“顯性”，此時，通常電壓值為CAN_H=3．5 V和CAN_L=1．5 V。

3 CAN總線在汽車領域的應用
(1)CAN總線技術的應用。
國外知名汽車基本都已經采用了CAN總線技術，例如沃爾沃、林肯、奧迪、寶馬等，而國內汽車品牌，例如奇瑞等公司也已經有幾款車型應用了總線技術。CAN總線技術就是通過遍布車身的傳感器，將汽車的各種行駛數據發(fā)送到“總線”上，在這個信息共享平臺上，凡是需要這些數據的接收端都可以從“總線”上讀取需要的信息，從而使汽車的各個系統(tǒng)協(xié)調運作、信息共享、保證車輛安全行駛、舒適和可靠。一般來說，越高檔的車配備的CAN_BUS數量越多，價格也越高，如途安、帕薩特等車型當中都配備了多個CAN總線。
(2)汽車CAN總線節(jié)點ECU的硬件設計。
汽車CAN總線研發(fā)的核心技術就是對帶有CAN接口的ECU進行設計，其中ECU的CAN總線模塊由CAN控制器和CAN收發(fā)器構成。CAN控制器執(zhí)行完整的CAN協(xié)議，完成通訊功能，包括信息緩沖和接收濾波。CAN控制器與物理總線之間需CAN收發(fā)器作為接口，它實現(xiàn)CAN控制器與總線之間邏輯電平信號的轉換。
(3)CAN總線在國內自主品牌汽車中的應用。
由于受成本控制、技術實力等因素的限制，CAN_BUS總線技術一般都出現(xiàn)在國外高端汽車，在A級及以下級別車型當中，該項技術大多出現(xiàn)在合資品牌當中，如POLO、新寶來等。在自主品牌中，采用CAN總線技術的車型中很少，風云2則是其中的代表車型。風云2 CAN總線技術，可以實現(xiàn)發(fā)動機、變速箱、ABS、車身、儀表及其他控制器的通訊，做到全車信息及時共享。在風云2的組合儀表盤當中，階段里程、未關車門精確顯示、安全帶未系提醒等20多項信息全部可以顯示，比同級產品增加一倍，這樣增加了駕駛過程中的安全度。
另外，在CAN總線技術的幫助下，內部各種傳感器實現(xiàn)信息共享后，大大減少了車體內線束和控制器的接口數量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生率。打開發(fā)動機艙蓋，看到的是清晰簡潔的艙內布局。維修方面，CAN總線技術的應用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線智能管家系統(tǒng)符合歐美OBDII標準法規(guī)，實現(xiàn)了在線診斷的功能。在車輛發(fā)生故障后，各個控制器通過CAN總線智能管家系統(tǒng)存儲故障代碼，由專業(yè)人員，通過診斷儀為車輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準確地查找到故障點，第一時間排除故障。利用CAN總線技術實現(xiàn)系統(tǒng)集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應的降低了維修成本；而且，先進集成技術的應用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強了產品競爭力。